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陶瓷基复合材料研究工作升温(图)

发布时间:2021-09-30 13:41:00浏览次数:

  [据美国高性能复合材料(High-Performance Composites)杂志2013年11月1日报道]陶瓷基复合材料(CMC)轻质、高温下高硬、稳定,经过20多年研究,已逐渐进入实用阶段。

  陶瓷基复合材料(CMC)包括由耐火纤维,如碳化硅(SiC)纤维增强的陶瓷基体。陶瓷基复合材料具有低密度、高硬度、优异的热稳定性和化学耐受性。根据CMC的性能和内在特性进行调整制成的复合材料具有广泛应用领域,最突出的是发动机内部零件,排气系统和其他“热区”结构。在这些位置,CMC可作为高温金属合金的轻质替代物。

  尽管有20多年的研发历史,CMC的商业应用很大程度上局限于导弹结构,战斗机的雷达天线罩和排气系统。然而,目前重大的发展计划正在进行中,越来越多的投资专注于大规模的生产制造。CMC很可能正处于转折点。

  目前有一系列的制造工艺可以生产CMC:化学汽相或液相浸润,热压烧结技术,聚合物浸渍裂解(PIP)。此外,增强体可以有许多形式:连续纤维,短纤维,晶须,颗粒或组合。事实上,研究已表明,低断裂韧性和抗裂纹生长可以克服的,即通过二次强化相:颗粒,晶须,甚至纤维结构,如纳米纤维。

  作为后者的一个例子:ANF技术有限公司(爱沙尼亚,塔林)生产的纳芬商标的氧化铝纳米纤维,据报道可以提高CMC的延性、抗蠕变性和降低脆性的同时保持高杨氏模量。

  “目前与纳芬合作的陶瓷客户都希望改善抗断裂性,冲击韧性,耐磨性和加固结构,”ANF技术公司业务发展经理Tim Ferland说。据他称,全球客户正在进行测试或计划测试CMC材料项目。但他补充说,与纳芬在高分子复合材料和聚合物油漆和涂料的应用相比,CMC的应用一直比较缓慢。

  CMC组件制造商COI陶瓷公司(空间系统开发商ATK的下属公司,加利福尼亚州,圣迭戈)总经理Scott Richardson说,“有很多地面活动持续增长,并随着行业对CMC变得更加熟悉,这种增长将继续。”

  据加利福尼亚州亨廷顿海滩波音公司经理Todd Steyer,CMC发展时效性背后的因素包括稳定的性能和(氧化物和非氧化物)陶瓷纤维产量的增加;使用既定制造工艺的成熟供应基地;大规模展示和原型的良好性能。Steyer,美国高级陶瓷协会副主席,审查了美国陶瓷学会的国际应用陶瓷技术杂志(2013年7月)上发表的第四届国际陶瓷大会航空航天的相关介绍。

  据喷气发动机和飞机系统制造商GE航空集团(特拉华州,纽瓦克),在未来十年内,CMC的需求预计将增加十倍。GE集团6月份做出一个与CMC有关的声明,宣布计划在北卡罗来纳州艾西维尔市建立一个1.25亿美元,125,000平方英尺(11613平方米)的制造厂,生产CMC发动机组件(参见“GE航空宣布北卡罗来纳州复合材料工厂”)。

  很多人认为GE的举动改变了CMC的游戏规则。“GE不仅仅在谈论CMC,它提出一个严肃的承诺,” SCS品牌碳化硅纤维制造商,特种材料公司(马萨诸塞州,洛厄尔),业务发展总监Tom Foltz说。“未来的技术应用会产生翻天覆地的影响,”他补充道,“GE将要领导大家并将大家联合在一起”。(中国航空工业发展研究中心 胡燕萍)

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